鋼板坯裝卸作業夾具的研制

佟繼東

(天津港第四港埠有限公司 天津300456)

1 國內鋼板坯裝卸狀況

鋼板坯或鋼坯是鋼廠冶煉并經初步軋制得到的便于貿易、運輸和進一步加工的粗鋼產品。國內各大港口的鋼板坯裝卸作業目前基本采用兩種工具：一是使用鋼絲繩扣進行鋼板坯裝卸作業，由于此類貨物本身為裸裝，且帶有棱角，作業時對鋼絲繩損耗量大，從而增加了材料成本投入。此外，鋼絲繩扣在使用過程中由于受到擠壓，造成鋼絲繩形成“硬彎”，工人在使用上很不方便，嚴重影響了鋼板坯裝卸生產效率。二是使用鏈條扣進行鋼板坯裝卸作業，鏈條的使用周期相對于鋼絲繩扣較長，從成本投入角度講，一次性投入之后，可以使用較長的時間，從而降低材料成本的投入。但鏈條在日常使用和管理上存在不便于檢查的問題，主要體現在細微的裂紋上，單純依靠人工檢查是很難檢測出來的，給裝卸生產安全埋下較大隱患。此外，鏈條扣本身自重較鋼絲繩扣重很多，工人在領還、使用過程中增加了勞動強度，不利于裝卸效率的提高。綜上可知，兩種工具都存在著無法避免的劣勢。

2 適用于港口作業的鋼板坯夾具設計思路

港口件雜貨的裝卸作業方式不同于鋼廠，鋼廠一般配備有龍門吊或天車，其貨物運行路線為橫向或縱向。港口件雜貨的卸車碼垛作業中，貨物運行是以吊車為中心，近似于圓弧型的路線。

由于吊車勾頭只能在豎直方向運動，不同于門機吊索可分起升和下降2個方向運動，該鋼坯夾具只需1個吊點，同時要求自身具有可以啟閉的裝置[1]，以滿足作業中對貨物的夾取和開放。

根據現有 25t吊車實際工作載荷一般為 10t(在一定角度的情況下)，初步確定了鋼板坯夾具的自重為2t，工作負荷為8t。

3 鋼板坯夾具設計

如圖1所示，鋼坯夾鉗主要由1—吊梁、2—啟閉機構、3—連桿、4—限位板、5—支撐板、6—鉗臂、7—鉗牙7個部分組成。

圖1 鋼板坯夾具Fig.1 Steel slab fixture

1—吊梁：吊梁與吊車之間以吊環加卸扣的方式連接，避免了裝卸鋼坯時的脫鉤現象，降低了夾具本身的高度，有利于卸車和碼垛作業。2—啟閉機構：啟閉機構具有自動轉鎖功能，是實現鋼坯夾具自動開閉的機構，其動作不需要任何外來動力源，靠夾具自身的重力實現自動開閉(圖2)。3—連桿：連桿是吊梁和鉗臂的連接件。4—限位板：限位板上部加工有凹型槽，與啟閉機構配合，以限制夾具的張開與閉合[2]。5—支撐板：是鋼坯夾具的支撐件，支板支在鋼坯的上表面以保證鋼坯夾具的啟閉機構順利動作。6—鉗臂：鉗臂是夾具的主要增力部件，通過它把鋼坯夾起。7—鉗牙：鉗牙是與鋼坯直接接觸的主要零件，決定著鋼坯夾具夾持鋼坯的可靠性，以槽形插接方式與鉗臂聯結。

如圖2所示：啟閉機構主要由 1—底座、2—圓筒、3—閘片、4—銷軸、5—旋齒勾頭 5個部分組成。其中底座和圓筒為一個整體；旋齒勾頭由 5-1上齒圈、5-2下齒圈、5-3勾頭 3部分組成；在圓筒上由閘片固定 2個銷軸，分別嵌在上、下齒圈的中間。上齒圈、下齒、圓筒內表面均涂有潤滑脂，以保證啟閉機構的各部件在運動過程中動作靈活、可靠、無任何卡阻現象。

圖2 啟閉機構Fig.2 Opening and closing mechanism

結合圖3，闡釋其動作原理如下：

銷軸的初始位置在 A處；當旋齒勾頭整體受到向上的壓力時，下齒圈與銷軸發生擠壓，在齒形的帶動下旋齒勾頭整體圍繞自身中心旋轉 1個角度α(α=45°)，此時銷軸的位置在B處；

當旋齒勾頭整體受的壓力撤銷后，在重力的影響下，上齒圈與銷軸發生擠壓，在齒形的帶動下旋齒勾頭整體圍繞自身中心又旋轉 1角度 β(β=45°)，此時銷軸的位置在C處。

因為α+β=90°，所以啟閉機構每當受到一次撞擊，其勾頭便會旋轉90°。

圖3 旋轉機構Fig.3 Rotating mechanism

4 鋼板坯夾具的工作原理

①將此鋼板坯夾具的“吊點”與吊車勾頭用鋼絲繩扣及卸扣進行連接，吊車向上絞車，啟閉機構處于閉合狀態，如圖4所示，即啟閉機構中的勾頭卡在限位板的凹型槽內，鋼坯夾具的鉗臂保持最大開口狀態。

②將鋼板坯夾具騎放在鋼坯上，即利用其自重產生的輕微撞擊使啟閉機構內的勾頭旋轉 90°，由閉合轉為開啟狀態，如圖5所示，繼而勾頭脫離限位板的凹型槽如圖6所示，此時連桿和鉗臂可以按其自由度運動，即夾板閉合，夾住鋼坯[3]。

圖4 限位機構Fig.4 Position-limit mechanism

圖5 開啟狀態Fig.5 Openstate

圖6 閉合狀態 Fig.6 Closestate

③將鋼坯夾運至指定位置后，向下絞車，落貨完畢后，鋼板坯夾具受自重作用，鉗臂張開到最大狀態，同時“啟閉機構”由于受到撞擊，轉為閉合狀態(圖4)，即啟閉機構中的勾頭重新卡在限位板的凹型槽內。以上為一次操作過程。

5 鋼板坯夾具的安全性操控性

①此夾具設計保證了各構件的強度、剛度、穩定性，進而保證了“鋼板坯夾具”整體的安全性。

②鉗牙是與鋼板坯直接接觸的主要零件，決定著鋼坯夾具夾持鋼坯的可靠性。因此，鉗牙經過熱處理，其硬度及耐磨性能良好。鉗牙的工作端面加工有尖牙，可提高對鋼板坯的夾取力，使夾具的操控性得到了保障。

6 主要技術性能指標

自重：1.9t；

負荷：8t；

外型尺寸(長×寬×高)：2200mm×1450mm×1750mm；

開口范圍：800～1200mm。

7 創新點

由于港口裝卸的特殊性，工屬具的工作動力應盡量避免由電控和液控提供，最好是利用自身重力的純機械式。因此，在鋼板坯夾具中設計了啟閉機構，利用此啟閉機構，并依靠夾具自身的重力，達到啟閉機構自動轉鎖功能，以實現鋼坯夾具自動開閉的目的。本鋼板坯夾具的創新點是：鋼板坯陸運裝卸作業由傳統的“人工兜掛”方式轉變為“機械夾運”方式，在實際應用中減少了工人的配備數量，免除了工人穿扣、掛扣、摘扣的操作環節，較好地解決了裝卸作業工人的安全問題，降低了工屬具的消耗成本，同時提高了裝卸作業效率。